Содержание
Европейское космическое агентство (ESA) работает над новой миссией по поиску темной материи и выяснению того, из чего она состоит.
Агентство недавно объявило о новой миссии своей научной программы: небольшой телескоп на орбите Земли под названием “Арракис”. И хотя его название навеяно фантастическим романом “Дюна”, он не будет искать песчаных червей или “специи” на пустынной планете.
Вместо этого, этот маленький спутник займется большим делом и попытается отследить одну из самых неуловимых и загадочных субстанций во Вселенной – темную материю. Этим термином называют гипотетическую невидимую материю, которой во Вселенной, как считается, значительно больше, чем обычной, и она оказывает соответствующее гравитационное воздействие на окружающую среду.
Миссия классифицируется как быстрая (F), что означает, что она более сфокусирована и имеет меньшее время для подготовки (менее десяти лет до запуска), чем другие типы миссий ESA. Предыдущая миссия F, выбранная агентством в 2019 году, называется Comet Interceptor (Кометный перехватчик). Уже запущенный в космос и “припаркованный” в стабильной точке Солнечной системы, этот зонд ждет, когда появится комета и пролетит мимо него. Это должно произойти примерно во время запуска “Арракиса” в начале 2030-х годов.
Следуй за светом
Поскольку темная материя все еще ускользает от обнаружения, миссия будет нацелена на источники света, которые чувствительны к ней. Специалисты полагают, что нормальная материя – то, что действительно излучает свет, например, звезды в галактиках – двигаются в основном под влиянием темной материи, которая более многочисленна.
Ученые считают, что целые галактики перемещаются в пространстве под воздействием темной материи, как маяки, расставленные по невидимому океану. Однако их движение неровное, поскольку считается, что темная материя распределена по Вселенной неравномерно, образуя “космическую паутину” на огромных расстояниях, а в масштабах галактики она выглядит более комковатой. Некоторые из этих скоплений должны быть населены небольшими галактиками, называемыми карликовыми, в то время как другие состоят полностью из темной материи.
Есть также останки карликовых галактик, которые слишком близко подошли к галактикам-хозяйкам, вокруг которых они вращаются. Поскольку окружающая темная материя разрывает эти галактики на части гравитационными приливами, они начинают распадаться на длинные потоки звезд, которые огибают огромные пространства. Эти тонкие световые завесы – еще одна связь с невидимым. Считая и измеряя их формы, исследователи могут сделать вывод о том, из какого типа частиц состоит темная материя, и в конечном итоге определить, какая космологическая модель является наиболее точной.
Сгущение в пространстве – надежное подтверждение космологических моделей, поскольку оно просто представляет собой результат действия гравитации на материю. Однако сами модели дают противоречивые предсказания относительно количества этих сгустков, которое может быть больше или меньше в зависимости от того, из какого типа частиц или частиц, по предположению, состоит темная материя.
В “стандартной” модели космологии предполагается, что частицы темной материи являются “холодными”, то есть тяжелыми и медленно движущимися (примером могут служить “слабо взаимодействующие массивные частицы”, или вимпы). Это подразумевает, что наш Млечный Путь будет содержать сотни скоплений темной материи, в некоторых из которых будут находиться карликовые галактики. Проблема в том, что удается обнаружить только несколько десятков карликовых галактик вокруг нас, что очень озадачивает. Это может означать, что большинство этих скоплений состоит из темной материи.
Однако у космологов есть и другие идеи. Например, если темная материя “теплая”, то есть частицы намного легче и быстрее, например, стерильные нейтрино, то таких скоплений будет намного меньше. Наблюдения могут дать окончательный ответ на вопрос, какая модель верна, но для этого сначала нужно провести точную перепись карликовых галактик, вращающихся вокруг Млечного Пути.
Вершина айсберга
Есть серьезные основания полагать, что карликовые галактики, обнаруженные до сих пор вблизи Млечного Пути или других крупных галактик, являются лишь верхушкой айсберга, и что многие другие остаются скрытыми за светом своих хозяек. “Арракис” сможет обнаружить это недостающее количество даже на больших расстояниях от нас.
Наблюдение за этим слабым светом звезд оказалось сложной задачей даже для самых больших телескопов на Земле, поскольку оно требует очень глубокой визуализации и съемки больших участков неба. Кроме того, мешает земная атмосфера. “Арракис” будет вести наблюдения из космоса с помощью инновационной камеры, которая проникает глубже как в оптическую, так и в ближнюю инфракрасную часть спектра, и имеет гораздо более широкое поле зрения. (Кстати, камеры этого типа могут также смотреть с отличным разрешением и на Землю).
Примерно около сотни звездных систем, похожих на Млечный путь, которые будут исследоваться, находятся на расстоянии около 100 миллионов световых лет, где до сих пор было обнаружено лишь несколько карликовых галактик и ни одного звездного потока. Когда ученые будут знать количество новых открытых карликовых галактик и их распределение в пространстве, они смогут определить правильную космологическую модель.
“Арракис” найдет многие недостающие фрагменты головоломки, которую представляет собой темная материя, дополняя то, что мы уже знаем из близлежащей Вселенной, и то, что мы узнаем в будущем от других предстоящих телескопов, таких как “Евклид” или обсерватория имени Веры Рубин.
Есть надежда, что эти подробные, комбинированные наблюдения наконец-то раскроют тайну темной материи и помогут нам понять, из чего состоит большая часть материи в нашем мире.
Читайте также: Реальна ли темная материя? Многолетняя загадка астрономии